Fire måder den covid - forårsager virus ændrede videnskab

Kei Sato ledte efter sin næste store udfordring for fem år siden, da det smugede ham - og verden - i ansigtet. Virologen havde for nylig startet en uafhængig gruppe på University of Tokyo og forsøgte at udskille en niche i det overfyldte felt af HIV -forskning. ”Jeg tænkte,” Hvad kan jeg gøre i de næste 20 eller 30 år? ””

Han fandt et svar i SARS - Cov - 2, virussen, der var ansvarlig for den covid - 19 pandemi, det var spreder sig hurtigt rundt i verden. I marts 2020, da rygterne hvirvlede om, at Tokyo muligvis står over for en lockdown, der ville stoppe forskningsaktiviteter, blev Sato og fem studerende nedkæmpet til et tidligere rådgiveres laboratorium i Kyoto. Der begyndte de at studere et viralt protein, som SARS - COV - 2 bruger til dæmpe kroppens tidligste immunrespons. Sato etablerede snart et konsortium af forskere, der ville fortsætte med at offentliggøre mindst 50 undersøgelser af virussen.

På kun fem år blev SARS - Cov - 2 en af ​​de mest undersøgte vira på planeten. Forskere har offentliggjort omkring 150.000 forskningsartikler om det ifølge Citation Database Scopus. Det er omtrent tre gange antallet af papirer, der er offentliggjort på HIV i samme periode. Forskere har også genereret mere end 17 millioner SAR'er - COV - 2 genomsekvenser indtil videre, mere end for nogen anden organisme. Dette har givet et uovertruffen syn på måderne, hvorpå virussen ændrede sig, efterhånden som infektioner spredte sig. ”Der var en mulighed for at se en pandemi i realtid i meget højere opløsning, end der nogensinde har været opnåelig før,” siger Tom Peacock, en virolog ved Pirbright Institute, nær Woking, UK.

Nu, med den nødfase af pandemien bagpå dens udvikling og dens interaktioner med menneskelige værter. Her er fire lektioner fra den pandemi, som nogle siger, kunne styrke Globalt svar på fremtidige pandemier - men kun hvis videnskabelige og offentlige - Sundhedsinstitutioner er på plads til at bruge dem.

Virale sekvenser fortæller historier

Den 11. januar 2020 delte Edward Holmes, en virolog ved University of Sydney, Australien, hvad de fleste forskere anser for at være den første SARS - COV - 2 genomsekvens til et virologi -diskussionsråd; Han havde modtaget dataene fra virolog Zhang Yongzhen i Kina.

Ved årets udgang havde forskere indsendt mere end 300.000 sekvenser til et depot kendt som Globalt initiativ til deling af alle influenzadata (Gisaid). Dataindsamlingshastigheden blev kun hurtigere derfra, da de urolige varianter af virussen greb greb. Nogle lande pløjede enorme ressourcer til sekventering SARS - COV - 2: Mellem dem bidrog Det Forenede Kongerige og De Forenede Stater mere end 8,5 millioner (se 'Viral Genome Rally'). I mellemtiden viste forskere i andre lande, herunder Sydafrika, Indien og Brasilien, at effektiv overvågning kan se bekymrende varianter i lavere - ressourceindstillinger.

I tidligere epidemier, såsom det vestafrikanske ebola -udbrud i 2013–16, kom sekventeringsdata for langsomt ind for at spore, hvordan virussen ændrede sig, efterhånden som infektioner spredte sig. Men det blev hurtigt klart, at SARS - COV - 2 sekvenser ville nå frem til et hidtil uset bind og tempo, siger Emma Hodcroft, en genomisk epidemiolog ved det schweiziske tropiske og offentlige sundhedsinstitut i Basel. Hun arbejder på En indsats kaldet Nextstrain, der bruger genomdata til at spore vira, såsom influenza, for bedre at forstå deres spredning. ”Vi havde udviklet så mange af disse metoder, at i teorien kunne have været meget nyttige,” siger Hodcroft. ”Og pludselig, i 2020, havde vi en mulighed for at stille op og dukke op.”

Oprindeligt blev SARS - COV - 2 sekventeringsdata brugt til Spor spredningen af ​​virussen på dets episenter i Wuhan, Kina og derefter globalt. Denne besvarede nøgle tidlige spørgsmål - såsom om virussen spredte sig stort set mellem mennesker eller fra de samme dyrekilder til mennesker. Dataene afslørede de geografiske ruter, gennem hvilke virussen rejste, og viste dem meget hurtigere end konventionelle epidemiologiske undersøgelser. Senere begyndte hurtigere - transmission af varianter af virussen vises og sendte sekventeringslaboratorier i hyperdrive. Et globalt kollektiv af forskere og amatørvariant trackere trawl gennem sekvensdataene konstant på jagt efter at bekymre virale ændringer.

”Det blev muligt at spore udviklingen af ​​denne virus i en enorm detalje for at se nøjagtigt, hvad der ændrede sig,” siger Jesse Bloom, en viral evolutionær biolog ved Fred Hutchinson Cancer Center i Seattle, Washington. Med millioner af SARS - COV - 2 genomer i hånden, kan forskere nu gå tilbage og studere dem for at forstå begrænsningerne for virusens udvikling. ”Det er noget, vi aldrig har været i stand til at gøre før,” siger Hodcroft.

Vira ændrer sig mere end forventet

Fordi ingen nogensinde havde studeret SARS - Cov - 2 før, kom forskere med deres egne antagelser om, hvordan det ville tilpasse sig. Mange blev styret af erfaringer med en anden RNA -virus, der forårsager luftvejsinfektioner: influenza. ”Vi havde bare ikke meget information om andre luftvejsvira, der kunne forårsage pandemier,” siger Hodcroft.

Influenza spreder sig hovedsageligt gennem Erhvervelse af mutationerDet giver det mulighed for at undgå folks immunitet. Fordi ingen nogensinde var blevet inficeret med SARS - COV - 2 før 2019, forventede mange forskere ikke at se meget viral ændring, før der efter var der var betydeligt pres på det af folks immunsystem, enten gennem infektioner eller endnu bedre, vaccination.

Fremkomsten af ​​hurtigere - transmission, dødeligere varianter af SARS - Cov - 2, såsom alfa og delta, udslettede nogle tidlige antagelser. Selv i begyndelsen af ​​2020 havde SARS - Cov - 2 hentet en enkelt amino - Syreændring, der i det væsentlige øgede dens spredning. Mange andre ville følge.

”Det, jeg fik forkert og ikke forventede, var helt, hvor meget det ville ændre fænotypisk,” siger Holmes. ”Du så denne fantastiske acceleration i transmission og virulens.” Dette antydede, at SARS - COV - 2 ikke var særlig godt tilpasset til at sprede sig mellem mennesker, da det dukkede op i Wuhan, en by med millioner. Det kunne meget vel have fizzled ud i en mindre tæt befolket omgivelse, tilføjer han.

Holmes spekulerer også på, om det brækkede tempo i den observerede ændring kun var et produkt af, hvor tæt SARS - COV - 2 blev sporet. Ville forskere se den samme hastighed, hvis de så fremkomsten af ​​en influenzastamme, der var ny for befolkningen, i samme beslutning? Det skal stadig bestemmes.

Den indledende kæmpe spring, som SARS - Cov - 2 tog, kom med en reddende nåde: De påvirkede ikke drastisk den beskyttende immunitet, der blev leveret af vacciner og tidligere infektioner. Men det ændrede sig med fremkomsten af ​​Omicron -varianten i slutningen af ​​2021, som var fyldt med ændringer i dets 'spike' protein, der hjalp det med at undvige antistofresponser (spidsproteinet giver virussen mulighed for at komme ind i værtsceller). Forskere som Bloom er blevet overrasket over, hvor hurtigt disse ændringer optrådte i successive post - Omicron -varianter.

Og det var ikke engang det mest overraskende aspekt af Omicron, siger Ravindra Gupta, en virolog ved University of Cambridge, UK. Kort efter, at varianten dukkede op, bemærkede hans team og andre, at i modsætning til tidligere SARS - COV - 2 -varianter som Delta, der favoriserede de nedre - luftvejsceller i lungen, foretrækkede Omicron at inficere de øvre luftveje. ”At dokumentere, at en virus flyttede sin biologiske opførsel i løbet af en pandemi var hidtil uset,” siger Gupta.